pesajes precisos en zonas peligrosas seguridad intrínseca · cuando se usan equipos eléctricos en...

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ridad

intrí

nsec

aSoluciones intrínsecamente seguras

Pesajes precisos en zonas peligrosas

Índice

1 Zonas peligrosas y sus clasificaciones

2 Métodos de protección contra ignición

3 Fundamentos básicos de la seguridad intrínseca

4 Ventajas de la seguridad intrínseca

5 Configuraciones de la seguridad intrínseca

6 A prueba de fuego: Fundamento básico

7 Resumen

8 Referencias adicionales

Los accidentes en zonas peligrosas pueden tener consecuencias dramáticas para el nego-cio en términos de daños personales y de pérdidas de beneficios. Los equipos intrínseca-mente seguros son fundamentales para garantizar la seguridad y cumplir con las normati-vas de zonas peligrosas.

Deben tenerse en cuenta dos consideraciones principa-les a la hora de elegir el equipo de pesaje adecuado para zonas peligrosas: la correcta clasificación y el correspondiente método de protección contra ignición.

Entre los distintos métodos de protección contra igni-ción, los de seguridad intrínseca y a prueba de fuego son similares al diseño de equipos de pesaje para zonas peligrosas. La seguridad intrínseca constituye, no obstante, uno de los métodos de protección más seguros. Además, es completamente diferente de cual-quier otro método de protección reconocido para zonas peligrosas certificadas.

Este documento describe los fundamentos del método de protección de seguridad intrínseca, destaca sus ventajas y ofrece varios ejemplos de posibles configu-raciones de pesaje en zonas peligrosas. También se tratan aquí los fundamentos de los métodos de protec-ción a prueba de fuego y sus ámbitos de aplicación.

2 METTLER TOLEDO - Artículo técnico - Soluciones intrínsecamente seguras

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uras 1 Zonas peligrosas y sus clasificaciones

Una explosión consiste en la reacción química exotér-mica repentina de un material inflamable con oxígeno y la liberación simultánea de una gran cantidad de energía. Para erradicar el riesgo de explosión, se debe eliminar uno de los tres elementos del "Triángulo de fuego".

Los materiales explosivos o inflamables pueden adop-tar la forma de gases, vapores, neblinas y polvos. Cada material se encuentra presente en el área de producción en la concentración definida y durante un cierto periodo de tiempo.

Las fuentes de ignición son las fuentes relacionadas con un equipo. Puede tratarse de superficies calientes, chispas, cantidades grandes de energía y campos electromagnéticos intensos. Los proveedores de equipos reducen el riesgo de explosión eliminando

la fuente de ignición y manteniendo la energía de ignición activa del sistema en los niveles más bajos posibles, por debajo del nivel de energía de ignición mínima. La energía de ignición mínima se define como la cantidad de energía requerida para provocar la ignición de una nube combustible de vapor, gas o polvo. Este nivel se mide en julios. Por ejemplo, la mezcla explosiva de "hidrógeno y aire" puede provocar una ignición con muy poca cantidad de energía. La cantidad de energía de ignición mínima a presión atmosférica es de unos 10-5 julios. La energía de ignición mínima de sustancias en polvo se encuentra en un rango comprendido entre varios mili-julios hasta 100 milijulios.

Las empresas que llevan a cabo procesos de recopi-lación, transformación y producción con sustancias inflamables están obligadas a realizar análisis de ries-gos de peligro, lo que les permite identificar las zonas peligrosas potenciales en las que se pueden producir concentraciones peligrosas de mezclas explosivas de materiales inflamables o explosivos. A estas zonas se las llama "zonas peligrosas."

Cuando se usan equipos eléctricos en una ubicación clasificada como peligrosa, debe contar con el cer-tificado correspondiente y proporcionar el nivel de protección requerido. La selección de un método de protección adecuado se basa en la clasificación de la zona peligrosa, por eso es tan importante entender la

Imagen 1: Triángulo de fuego

Imagen 2: Definición de zona peligrosa

Sust

anci

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flam

able

Oxígeno

Fuente de ignición

Zona 1/División 1

Zona 2/ División 2

Zona 2/ División 2

Sustancia inflamable o explosiva

Zona 0/ División 1


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SustanciaCaracterísticas de las zonas

peligrosas

Clasificación de zonas peligrosasCategoría de equipoUSA NEC500

USA NEC505/NEC506

ATEX 94/9/CE

Gases/Vapores

La presencia de una atmósfera explosiva es continua.

División 1

Clase 1 (NEC505)

Zona 0 1G

Puede crearse una atmósfera explosiva ocasionalmente.

Zona 1 2G (1G)

Puede crearse una atmósfera explosiva con poca frecuencia o en periodos cortos de tiempo.

División 2 Zona 23G

(1G y 2G)

Polvos

La presencia de una atmósfera explosiva es continua.

División 1

Clase 2 (NEC506)

Zona 20 1D

Puede crearse una atmósfera explosiva ocasionalmente.

Zona 21 2D (1D)

Puede crearse una atmósfera explosiva con poca frecuencia o en periodos cortos de tiempo.

División 2 Zona 223D

(1D y 2D)

Tabla 1: Clasificación de zonas peligrosas según los estándares europeos y estadounidenses.

clasificación de zonas y sus diferencias. La imagen 2 muestra un depósito de pesaje junto con la distribu-ción y la clasificación de las zonas peligrosas.

La clasificación varía en todo el mundo, pero por lo general se reduce a dos subtipos: Europa ha adoptado la filosofía de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en lo referente a la "zonificación."

La información y las especificaciones para la clasi-ficación de zonas están definidas en la norma IEC EN60079-10 y en las normativas nacionales. Además, la instalación y el funcionamiento de sistemas eléc-tricos en ubicaciones peligrosas y la clasificación de zonas en la Comunidad Europea están definidos en la directiva 94/9/CE (ATEX).

La tabla 1 muestra una descripción general de las zonas, las divisiones y la asignación de equipos para la correspondiente clasificación de zonas peligrosas.

Según la directiva 94/9/CE (ATEX), las zonas peligro-sas se dividen en tres para gases y tres para sustan-cias en polvo. La clasificación se define en función de la probabilidad de la existencia de una atmósfera explosiva. Cada zona se corresponde con una catego-ría de equipo en particular (Tabla 1).

En Norteamérica, las zonas se dividen en distintas clases. Estas clases se categorizan a su vez en Divi-sión 1 y División 2, en función de la probabilidad de que existan materiales en una cantidad potencialmente peligrosa. Las zonas peligrosas Clase I (Gases) y Clase II (Polvo) se dividen en dos subgrupos según el tipo de gas, vapor o partículas inflamables existentes. La Clase III (Fibras) no se divide en subgrupos.


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Tipo de protección

Marcado

Fundamento

Estándar Clasificación de zona

UE EE. UU. IEC/EN EE. UU. CSAZonas (ATEX

94/9/CE)

Divisiones (NEC 500)

Normativa general

Ex AExBase para el tipo de protección

60079-0FM 3600UL 60079-0

60079

Seguridad intrínseca

Ex ia AEx iaEnergía límite, sin chispas ni temperatura en superficie

60079-11FM 3610UL 60079-11

60079-11

0, 1 y 2

1 y 2Ex ib AEx ia 1 y 2

Ex ic 2

A prueba de fuego

Ex d AEx dContención explosiónExtinción llamas

60079-1ISA 60079-1 UL 60079-1

60079-1 1 y 2 1 y 2

Aumento de la seguridad

Ex e AEx eCarcasa hermética al agua y al polvo

60079 -7ISA 60079-7 UL 60079-7

60079-7 1 y 2 1 y 2

No chis-peante

Ex nA AEx nADispositivo no chispeante

60079-15ISA 60079-15 UL 1203

60079-15 2 2Ex nC AEx nC

Componentes y disposi-tivos chispeantes

Ex nL AEx nLEnergía limitada, sin chispas ni superficies calientes

Encapsula-miento

Ex m AEx m

Mantenimiento de la atmósfera explosiva lejos de cualquier fuente de ignición

60079-18ISA 60079-18 UL 60079-18

60079-18 0, 1 y 2 1 y 2

Presurizada Ex p AEx p Purga de la carcasa 60079-2FM 3620 UL 60079-2

60079-2 1 y 2 1 y 2

Inmersión en aceite

Ex o AEx o

Mantenimiento de la atmósfera explosiva lejos de la fuente de ignición

60079-6ISA 60079-6 UL 60079-6

60079-6 1 y 2 1 y 2

Tabla 2. Métodos de protección y estándares eléctricos relacionados

El concepto básico de seguridad consiste en eliminar la existencia simultánea de posibles fuentes de ignición.El método de protección probablemente dependerá del grado de seguridad necesario para cada tipo de ubicación peligrosa. Además del grado de seguridad requerido para la zona clasificada, se deben tener en cuenta otras consideraciones, como el tamaño del equipo, su función normal, los requisitos de energía, los costes de instalación y la flexibilidad del manteni-miento del método de protección.

La tabla 2 muestra una descripción general de los tipos de protección estandarizados. En ella se des-

cribe el fundamento básico de cada método de protección, así como el estándar que se debe aplicar y la zona clasificada.

Los estándares de los métodos de protección varían según el país. Sin embargo, los principios de protec-ción coinciden en todos los países. Cuando se trata de diseñar y desarrollar equipos de pesaje para zonas peligrosas, se aplican principalmente los dos métodos: seguridad intrínseca y a prueba de fuego. No obstante, la seguridad intrínseca proporciona numerosas ventajas técnicas y económicas, lo que la convierte en el método de protección preferente para equipos de pesaje.

2 Métodos de protección contra ignición


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uras 3 Fundamentos básicos de la seguridad intrínseca

Desde su introducción en aplicaciones no mineras, la seguridad intrínseca ha evolucionado y hoy repre-senta uno de los métodos más eficaces y avanzados de protección contra ignición. Se ha convertido en la opción preferente debido a que asegura todo el sis-tema, independientemente de la aplicación en la que se utilice.

La tecnología intrínsecamente segura evita explosio-nes manteniendo la energía que se transfiere a zonas peligrosas muy por debajo de la que se requiere para provocar una explosión. Por lo tanto, está restringida a aquellos aparatos y circuitos eléctricos en los que la salida o el consumo de energía son limitados. Los sistemas intrínsecamente seguros permiten el uso de equipos sin riesgo de prender ningún gas, polvo o fibra inflamables.

Zona seguraZona peligrosa

R

V VoC

Isc

Circuito intrínsecamente seguro

Un circuito eléctrico es intrínsecamente seguro cuando produce energía por debajo del nivel mínimo de ener-gía de ignición (MIE), de acuerdo con la definición de los estándares adecuados. En Europa, la norma IEC EN60079-11 aporta detalles sobre la construcción y la comprobación de equipos intrínsecamente segu-ros. En EE. UU., la norma análoga es la FM3610. Los equipos eléctricos intrínsecamente seguros están dise-ñados para limitar la tensión del circuito abierto (VoC) y la corriente de corto circuito (Isc) para mantener la energía que se produce en el nivel más bajo posible.

Además, deben llevarse a cabo de tal forma que las chispas que se produzcan cuando el circuito se abra, se cierre o se conecte a tierra, o aquellas que se pue-dan generar en cualquier otro punto caliente del propio circuito, no produzcan una ignición. Los equipos y cableados intrínsecamente seguros pueden emplearse en zonas peligrosas de Zona 1/ División 1 siempre y cuando hayan recibido la aprobación para dicha ubicación.

Imagen 3: Circuito intrínsecamente seguro.

Sistema intrínsecamente seguro

Un sistema de pesaje intrínsecamente seguro difiere de un sistema de pesaje estándar. Combina elemen-tos intrínsecamente seguros, elementos asociados y un cableado especial aprobado con equipo estándar que se instala en la zona segura. En una zona peli-grosa, todos los elementos del sistema deben ser compatibles para conformar un sistema intrínseca-mente seguro.

Veamos un ejemplo con un sistema de pesaje intrín-secamente seguro. El aparato intrínsecamente seguro lo conforman una plataforma de pesaje analógica y el terminal intrínsecamente seguro IND560x. La fuente de alimentación intrínsecamente segura APS768x funciona como fuente de energía para el terminal de pesaje y se define como un aparato simple. Es posible establecer comunicación con los instrumen-


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Imagen 4: Sistema de pesaje intrínsecamente seguro

Niveles de clasificación y protección

La seguridad intrínseca ofrece tres niveles de clasi-ficación, "ia," "ib" o "ic," que se basan en el nivel de seguridad y el número de fallos permitidos. Cada clasificación trata de equilibrar la probabilidad de la existencia de una atmósfera explosiva y la de que se produzca una ignición. El nivel de protección "ia" es un requisito previo para los equipos de Categoría 1 y se puede usar en la Zona 0. El nivel de protección “ib” para equipos de Categoría 2 se puede usar en la Zona 1/División 1. El nivel de protección "ic" para Categoría 3 se puede usar en la Zona 2/División 2.

Las clasificaciones aseguran que el equipo sea el apropiado para la correspondiente aplicación peli-grosa. Por ejemplo, si tiene un equipo clasificado como "EEx ib", significa que se ha diseñado con un circuito intrínsecamente seguro incluido y que puede instalarse en zonas peligrosas certificadas de la Zona 1/División 1. Es más, la clasificación "ib" indica que se permite un fallo.

tos periféricos estándar, como un PC, un lector de códigos de barras o incluso con terminales de control remoto mediante una barrera especial. Esto se logra mediante una interfaz de comunicación ACM 500, que incluye circuitos eléctricos con seguridad tanto intrínseca como no intrínseca.

En un sistema intrínsecamente seguro, se usan barre-ras físicas entre las zonas peligrosas y las seguras para limitar la energía que entra en las primeras. Las

barreras intrínsecamente seguras mantienen unos niveles aprobados de voltaje y corriente mediante componentes limitadores de potencia. Incluso en un estado defectuoso, garantizan que en la zona peli-grosa no entre más voltaje o corriente de lo aprobado. Esto permite conectar dispositivos eléctricos estándar instalados en la zona segura, como impresoras, orde-nadores o sistemas PLC, directamente con la zona peligrosa.

Plataforma analógica

Terminal informático

Alimentación de corriente

Módulo de interfaz de comunicación

RS232

RS232

Cable Ethernet cruzado

Impresora

Conexión a PC

Terminal remoto



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Nivel de protección ai ib ic

Zona peligrosa Zona 0, 1, 2/División 1 Zona 1, 2/División 1 Zona 2/División 2

Fallos posibles 2 1 Funcionamiento normal

Tabla 3. Niveles de protección intrínsecamente seguros.

Una de las mayores ventajas de la seguridad intrín-seca es que permite realizar el mantenimiento del equipo en zonas peligrosas sin necesidad de inte-rrumpir el suministro eléctrico y obtener un certificado de permiso de gas, obligatorio para los equipos a prueba de fuego abiertos. Esto se aplica especial-mente al instrumental, ya que la detección de fallos en equipos desconectados de la alimentación resulta más complicada y requiere más tiempo.

La tecnología intrínsecamente segura proporciona una solución modular y flexible para la mayoría de las aplicaciones industriales en zonas peligrosas. Es posible establecer comunicación entre los distintos componentes mediante elementos de comunicación especialmente diseñados.

Los equipos intrínsecamente seguros y sus compo-nentes, como cables y prensaestopas, tienen un pre-cio relativamente económico. Por lo tanto, los costes de instalación y de mantenimiento e inspección de equipos intrínsecamente seguros son considerable-mente más bajos comparados con los de los equipos a prueba de fuego.

Además, se trata de la única técnica que limita la salida de energía. Con equipos intrínsecamente segu-ros, no se producen chispas ni aumentos de tempe-

ratura en el circuito eléctrico que puedan provocar la ignición de la atmósfera circundante.

Por otro lado, la tecnología está aceptada en todo el mundo por los organismos internacionales de certifi-cación IECEx, así como por la mayoría de normativas locales, como pueden ser ATEX en Europa, FM en Estados Unidos, NEPSI en China, GOST-R en Rusia, KTL en Corea e INMETRO en Brasil.

Los equipos intrínsecamente seguros generalmente cumplen con los requisitos de legislación de polvo y gas y pueden emplearse en casi todas las aplicacio-nes industriales.

Por último, la seguridad intrínseca ofrece los mejores niveles de seguridad y exactitud en todas las zonas peligrosas. Esta tecnología ofrece el máximo nivel de precisión. Al usar el diseño híbrido avanzado y una compensación electromagnética de fuerzas de alta precisión con hasta 32 000 puntos de calibración aprobados, el sistema de pesaje ofrece unos resul-tados altamente precisos y fiables. Es más seguro y menos propenso a errores accidentales que otros métodos de protección. Además, garantiza un elevado tiempo de actividad en caso de que se produzca un incidente, a diferencia de la solución a prueba de fuego.

4 Ventajas de la seguridad intrínseca

Los equipos clasificados como "[EEx ib]" o "EEx [ib]" se definen como aparatos eléctricos asociados y con-tienen circuitos de seguridad tanto intrínseca como no intrínseca. Los corchetes indican que los aparatos eléctricos asociados contienen un circuito eléctrico intrínsecamente seguro que puede introducirse en la Zona 1/División 1. En el primer caso, "[EEx ib]," el equipo debe instalarse en la zona segura. En el caso de "EEx [ib]," el equipo puede instalarse tanto

en las zonas peligrosas de la Zona 1/División 1 como en la zona segura.

Sin embargo, también es posible que existan diferen-tes partes de un sistema con niveles de protección distintos. La tabla 3 muestra diversos niveles de pro-tección, los números de fallos posibles y las zonas de peligro correspondientes.


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Imagen 5: Instalación de una estación de pesaje en una zona peligrosa, Zona 1/División 1.

Existe un gran número de aplicaciones de pesaje peligrosas en la cadena de valor industrial.

Puesto que son muchos los procesos industriales en los que se emplean agentes químicos agresivos, las básculas en entornos industriales no solo se ven expuestas a la corrosión y a otras condiciones adver-sas, sino que además deben contar con un diseño que les aporte una seguridad inherente y les permita soportar sustancias explosivas e inflamables.

Además, para muchas aplicaciones de pesaje en las que se pueden aplicar sistemas de pesaje intrínse-camente seguros, los requisitos son muy diferentes. Entre ellas se incluyen básculas de trenes y camiones, pesaje de depósitos, aplicaciones de fórmulas y for-mulaciones, aplicaciones de llenado y dosificación, básculas de sobremesa y de sobresuelo convenciona-les y control de terminales de pesaje.

Los requisitos para los sistemas de pesaje no solo varían en función de la industria y del proceso que se lleve a cabo, sino también según el nivel de precisión que se requiera y las necesidades específicas de cada aplicación. También varían los medios de conexión con dispositivos periféricos y Fieldbus y conexiones de red.

La imagen 4 muestra un ejemplo de instalación en una zona peligrosa. El terminal de pesaje intrínse-camente seguro IND560x de METTLER TOLEDO se comunica con plataformas digitales intrínsecamente seguras de alta precisión, como Kx-T4 o células de carga analógicas intrínsecamente seguras, con lo que conforman un circuito intrínsecamente seguro. La fuente de alimentación intrínsecamente segura es una parte asociada de ese circuito intrínsecamente seguro y funciona como generador eléctrico en muchos terminales de pesaje intrínsecamente seguros de METTLER TOLEDO.

La comunicación en esta área segura permite a los usuarios interactuar con el PC, las impresoras o la red hasta un PLC a través de un Fieldbus, Ethernet o una conexión mediante puertos serie RS 232/422/485 intrínsecamente seguros.

Una completa gama de componentes intrínsecamente seguros y modulares pueden combinarse de un modo flexible para trabajar de forma conjunta en un sistema intrínsecamente seguro y en todo tipo de zonas peli-grosas. Esto garantiza un proceso de pesaje eficaz y sin riesgos, y además garantiza una instalación y un mantenimiento sencillos, así como el registro de documentación técnica que cumpla los requisitos de seguridad de la empresa.

5 Configuraciones de pesaje intrínsecamente seguras

Terminal informático

Alimentación de corriente

Módulo de interfaz de comunicación

RS232

RS232

Ethernet

Impresora

Conexión a PCControl de E/S

Pantalla de pesaje remota

Módulos de pesaje en depósitos

Caja de conexiones

Fuente de CA



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El método de protección a prueba de fuego se basa en el concepto de contención de explosiones y se ajusta a la norma IEC EN60079-1, en virtud de la cual se clasifica con el código "Ex d". Este concepto se basa en carcasas de equipos y cableado que evitan que una combustión interna escape a la atmósfera circundante. Dicho de otro modo, puede producirse la explosión pero debe quedar contenida en la carcasa, diseñada para resistir el exceso de presión que pro-voca un estallido interno (Imagen 6).

La teoría en la que se basa este método es que el chorro de gas que se origina en la carcasa se enfría rápidamente mediante la conducción del calor de

la carcasa y la expansión del gas. Tras ello, el gas caliente se diluye en la atmósfera exterior, que se encuentra a menor temperatura. Esto solo es posible si las aberturas o los intersticios de la carcasa son lo suficientemente pequeños y sus dimensiones están controladas.

Un sistema a prueba de fuego normalmente se con-sidera algo más simple que el diseño de un sistema intrínsecamente seguro y no requiere idear un equipo completamente nuevo. Sin embargo, este sistema suele ser más caro debido al alto coste de la instala-ción del cableado dentro de un conducto, que debe sellarse entre la zona segura y la peligrosa. Además, suele caracterizarse por unas dimensiones mayores y un peso muy superior a los de una solución intrínse-camente segura.

Por otra parte, el mantenimiento de un equipo a prueba de fuego también resulta más difícil y requiere más tiempo. Se requieren permisos de trabajo en caliente para llevar a cabo las tareas de manteni-miento de estos sistemas.

Además, cuando se vuelven a instalar las cubiertas, se deben extremar las precauciones para que los tornillos estén apretados con un par específico.

6 A prueba de fuego: Fundamento básico

Imagen 6: Carcasa a prueba de fuego

Existen varias opciones cuando se trata de protección contra ignición en entornos peligrosos. La instalación de equipos de pesaje de seguridad intrínseca repre-senta el método más seguro y al mismo tiempo pro-porciona unos resultados de pesaje altamente fiables y precisos. Facilita la realización de actividades con seguridad en la zona peligrosa y requiere un escaso mantenimiento. En caso de incidente, el equipo intrín-secamente seguro puede repararse sin necesidad de detener la producción y elimina el calor y las chispas de la zona de producción.

METTLER TOLEDO se centra en el desarrollo de siste-mas de pesaje intrínsecamente seguros. Las solucio-nes de pesaje intrínsecamente seguras proporcionan al usuario los niveles más altos de precisión, seguri-dad y una amplia funcionalidad. Además, se caracte-rizan por unos costes de instalación y mantenimiento bajos. Contamos con una amplia gama de platafor-mas de pesaje analógicas y de elevada exactitud que garantizan unos resultados de pesaje muy rápidos con una alta precisión en diversas aplicaciones, como el llenado o la dosificación. Los módulos y los termi-nales de control de pesaje y la flexibilidad de comu-

7 Resumen

Zona peligrosa

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•IECEN60079-0:Atmósferasexplosivas.Parte0:Equipo.Requisitosgenerales.•IECEN60079-10-1:Atmósferasexplosivas.Parte10-1:Clasificacióndeemplazamientos.

Atmósferas explosivas gaseosas.•IECEN60079-11:Atmósferasexplosivas.Parte11:Proteccióndelequipoporseguridadintrínseca“i”,

5.ª edición•Directiva94/9/CE(ATEX):Directricesdeaplicación,ComisiónEuropea,4.ªedición,2012•NationalElectricalCode®, Article 500, NFPA 70, 2011, Delmar: Nacional Electric Code•NationalElectricalCode,Article505,NFPA70,2011,Delmar:NacionalElectricCode•METTLERTOLEDO:Cursobásicoon-linearchivadosobrezonaspeligrosas–

www.mt.com/ind-haz-basics•METTLERTOLEDO:Cursoavanzadoon-linearchivadosobrezonaspeligrosas–

www.mt.com/ind-haz-advanced•METTLERTOLEDO:Catálogodezonaspeligrosas– www.mt.com/ind-hazcat•METTLERTOLEDO:FolletodelproductoIND560x– www.mt.com/ind560x

8 Referencias adicionales

nicación de interfaz proporcionan una funcionalidad completa y permiten una instalación modular y flexible de la solución tanto en la zona peligrosa como en la zona segura.

La aceptación mundial por parte de IECEx, ATEX, FM y los organismos de certificación locales correspondien-tes aportan seguridad adicional al usuario.

www.fulcrum.com.arPara más información

www.fulcrum.com.ar

pesajes precisos en zonas peligrosas seguridad intrínseca · cuando se usan equipos eléctricos en...

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